Question

3．一定温度下，向一容器为5L的恒容密闭容器中充入0.4molSO₂和0.2molO₂，发生反应：2SO₂（g）+O₂ （g）?2SO₃ （g）△H=-196kJ/mol．当反应达到平衡时，容器内压强变为起始时的0.7倍．请回答下列问题：
（1）判断该反应达到平衡状态的标志是bde（填字母）．
A． SO₂、O₂、SO₃三者的浓度之比为2：1：2       B． 容器内气体的压强不变
C． 容器内混合气体的密度保持不变            D． SO₃的物质的量不再变化
e．SO₂的生成速率和的生成速率相等
（2）①二氧化硫的转化率90%；    ②达到平衡时反应放出的热量35.28KJ；
③此温度下该反应的平衡常数K=20250．
（3）在一个固定容器为3L的密闭容器中充入0.20mol SO₂和0.10mol O₂，半分钟后达到平衡，测得容器中含SO₃0.18mol，则v（O₂）=0.036mol．L^-1﹒min^-1；若继续通入0.20mol SO₂和0.10mol O₂，则平衡向正反应方向移动（填“向正反应方向”、“向逆反应方向”或“不”）再次达到平衡后，n（SO₃）的取值范围为0.36mol＜n（SO₃）＜0.40mol．

Answer 1

分析 （1）根据化学平衡状态的特征解答，当反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度、百分含量不变，以及由此衍生的一些量也不发生变化，解题时要注意，选择判断的物理量，随着反应的进行发生变化，当该物理量由变化到定值时，说明可逆反应到达平衡状态；
（2）设SO₂的变化浓度是x，则
                      2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
初始物质的量：0.4             0.2          0
变化物质的量：x             0.5x           x
平衡物质的量：0.4-x       0.2-0.5x     x
当反应达到平衡时，容器内压强变为起始时的0.7倍，则$\frac{0.4-x+0.2-0.5x+x}{0.4+0.2}$=0.7，解得x=0.36mol，
①转化率=$\frac{消耗量}{起始量}$×100%；
②依据热化学方程式定量关系和实际消耗二氧化硫的物质的量计算反应放出的热量；
③平衡常数K=$\frac{生成物平衡浓度幂次方乘积}{反应物平衡浓度幂次方乘积}$；
（3）化学反应速率的定义求出氧气的速率；根据影响化学平衡的因素来判断平衡移动方向，利用极限法求出再次达平衡后n（SO₃）的范围．

解答 解：（1）a、SO₂、O₂、SO₃三者的浓度之比为2：1：2的状态也可能不符合Qc=K的结论，也可能符合，这不是平衡的标志，故a错误；
b、反应是一个前后气体系数变化的反应，容器内气体的压强不变，证明达到了平衡，故b正确；
c、容器内混合气体的密度始终保持不变，所以密度不变不一定平衡，故c错误；
d、SO₃的物质的量不再变化即浓度不再变化是平衡的特征，故d正确；
e、SO₂的生成速率和SO₃的生成速率相等，说明正逆反应速率相等，达到了平衡，故e正确．
故答案为：bde；
（2）设SO₂的变化浓度是x，则
                      2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
初始物质的量：0.4             0.2          0
变化物质的量：x             0.5x           x
平衡物质的量：0.4-x       0.2-0.5x     x
当反应达到平衡时，容器内压强变为起始时的0.7倍，则$\frac{0.4-x+0.2-0.5x+x}{0.4+0.2}$=0.7，解得x=0.36mol，
①所以二氧化硫的转化率=$\frac{0.36mol}{0.4mol}$×100%=90%，
故答案为：90%；
②2SO₂（g）+O₂ （g）?2SO₃ （g）△H=-196kJ/mol，反应过程中消耗二氧化硫物质的量2mol放热196KJ，上述计算二氧化硫消耗物质的量为0.36mol，放出热量=$\frac{0.36mol}{2mol}×196KJ$=35.28KJ，
故答案为：35.28KJ；
③平衡常数K=$\frac{（\frac{0.36mol}{5L}）^{2}}{（\frac{0.4mol-0.36mol}{5L}）^{2}×\frac{0.2mol-0.5×0.36mol}{5L}}$=20250，
故答案为：20250；
（3）当生成0.18molSO₃时，参加反应的氧气的物质的量为x，
2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）
                 1                 2
                x               0.18mol
x=$\frac{0.18mol×1}{2}$=0.09mol
v（O₂）=$\frac{\frac{0.09mol}{5L}}{0.5min}$=0.036mol．L^-1•min^-1；
继续通入0.20mol SO₂和0.10mol O₂，容器内压强增大，平衡向气体体积减小的方向移动，即向正反应方向移动；
用极限法求出n（SO₃）的范围，
假设平衡不移动，此时n（SO₃）=0.18×2=0.36mol，
假设0.40molSO₂完全生成SO₃，根据反应方程式2SO₂（g）+O₂（g）?2SO₃（g）可知，n（SO₃）=0.4mol，
所以再次达到平衡时，0.36mol＜n（SO₃）＜0.40mol．                                   
故答案为：0.036；向正反应方向； 0.36mol＜n（SO₃）＜0.40mol．

点评 本题考查了化学平衡状态的判断以及化学平衡的计算知识、反应速率和平衡常数的计算，题目难度中等，注意影响平衡的因素，掌握基础是解题关键．